3 terminali fikseeritud pinge regulaatorit - töö- ja rakendusahelad

Täna saadaval olevad populaarsed 3 terminaliga fikseeritud regulaatorid on IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 ja IC 7824 kujul, mis vastavad fikseeritud pinge väljunditele 5 V, 9 V, 12 V, 15 V ja 24 V .

Neid nimetatakse fikseeritud pinge regulaatorid kuna need IC-d on võimelised tootma suurepäraseid stabiliseeritud fikseeritud alalisvoolu väljundpinge vastusena palju kõrgemale reguleerimata alalisvoolu sisendpingele.

Neid kõrgekvaliteedilisi monoliitseid pingeregulaatoreid saab tänapäeval osta väga soodsalt, mis on tavaliselt vähem kulukas ja vähem keeruline töötada, võrreldes ehitamisega diskreetne regulaatorahel ekvivalendid.

Neid 3-klemmilisi regulaatoreid on uskumatult lihtne juhtmega ühendada, nagu on näha allpool olevalt skeemilt, mis näitab standardset meetodit, mille abil need IC-d rakendatakse.

IC kolm terminali on nähtavatel põhjustel tähistatud nimedega sisend, ühine ja väljund .

Toiteallikas positiivne ja negatiivne on lihtsalt ühendatud vastavalt IC sisendi ja ühiste klemmide vahel, samal ajal kui reguleeritud stabiliseeritud pinge omandatakse väljundi ja ühiste klemmide vahel.

Ainsad valikuliselt nõutavad eraldiseisvad välised osad on kondensaatori sisend- ja väljundjuhtmed. Need kondensaatorid on vajalikud seadme väljundreguleerimise taseme tõstmiseks ja mööduva reageerimise parandamiseks. Nende kondensaatorite mikrofarade väärtused ei ole tavaliselt kriitilised ja seetõttu on need tavaliselt vahemikus 100 nf, 220 nf või 330 nf.

78XX seeria regulaatorite tüübid

The kõige populaarsemad ja laialdasemalt kasutatavad püsipinge tüübid , monoliitsed pingeregulaatorid on 78XX-seeria positiivsed regulaatorid ja 79XX-seeria negatiivsed regulaatorid.

Neid leidub 3 väljundvoolu spetsifikatsiooniga. Need pakuvad teile 9 positiivset tüüpi ja üheksa 9 negatiivset tüüpi variante, nagu on näidatud alloleval diagrammil.

Need 78XX seeria IC-d pakuvad täiendavaid pinge reegleid nii positiivses kui ka negatiivses vormis. Nende 78XX regulaatorite standardvahemikud on 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V ja 24 V, mis vastavad IC-dele 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Paljudel nendel seadmetel on sõltuvalt tootjast või kaubamärgi tüübist järelliited või numbrid koos nende trükitud numbriga.

Kuid kõik need on sisuliselt ühesuguse reitinguga. Mitmed osalised esindajad ei propageeri neid IC-sid tüübinumbri järgi, vaid lihtsalt toovad välja nende polaarsuse, pinge ja voolu näitajad ning aeg-ajalt viidates nende paketi stiilile.

Põhijooned

Nendel IC-del on sisseehitatud voolupiirang ja väljundkoormuse lühisekaitse. Keskmise ja suure võimsusega regulaatorite 78XX seerias on see funktsioon tavaliselt kokkuklapitavat tüüpi. Tagasivoolu piiramine on tingimus, mille korral väljundvool ei reageeri väljundvoolule automaatse voolupiirangu tõttu.

Mis on tagasilöögivoolu piir

Tagasilöögivoolu piirava vooluringi tagasilöögireaktsiooni on näha järgmisel joonisel, mis näitab selgelt, kuidas väljundvool minimeerib ülekoormuse tingimustes kuni ideaalse väljundvooluni tavaliselt alla 50%. Tagasilöögivoolu piiramise peamine põhjus on see, et see vähendab lühisolukordades oluliselt regulaatori hajumist.

Tagasilöögivoolu piiravat vastust saab mõista järgmisest selgitusest:

Oletame, et meil on 10 V sisendiga 7805 IC ja see läbib oma väljundklemmide kaudu lühise. Selles olukorras tavalise voolutüübi korral, mis piirab IC väljundit, jätkab 1 amprivoolu tekitamist, andes 10 vati hajumise. Spetsiaalse tagasilöögivoolu korral võib lühisevool piirata umbes 400 mA-ni, mille tulemuseks on seadme hajumine ainult 4 vatti.

Termilise seiskamise funktsioon

Enamikul monoliitsetest pingeregulaatoritest on samuti sisseehitatud termilise väljalülituse kaitse lülitus. See funktsioon aitab vähendada väljundvoolu juhul, kui seade läbib ülekuumenemise olukorda.

Seda tüüpi pingeregulaatori IC-d on seetõttu äärmiselt vastupidavad ja ei saa kunagi kergesti vigastada isegi siis, kui neid valesti kasutatakse. See tähendab, et üks viis, kuidas neid saab hävitada, on kõrge sisendpinge rakendamine kui määratud vahemik.

Erinevate tarnijate poolt nende identsete standardtüüpide jaoks kindlaksmääratud maksimaalsete vastuvõetavate sisendpingete variatsioonid on erinevad, ehkki 25 V on ilmselt 5-voldise seadme minimaalne pakutav vahemik (7805). Suuremad pinge regulaatorid suudavad toime tulla vähemalt 30 voltiga, samas kui 20 ja 24 voldiste sortide puhul on sisendivahemik kuni 40 volti.

Ahela korrektseks toimimiseks peab sisendpinge olema nõutavast väljundpingest 2,5 volti võrra suurem, välja arvatud regulaatori 7805 puhul, kus sisendpinge peaks olema nõutava 5 V väljundi kohal veidi üle 2 V, mis tähendab, et see peaks olema vähemalt 7 V.

Ootevool ilma koormuseta

Nende IC-de vaikselt voolav või tühikäigu voolutarve ilma väljundi koormuseta võib olla vahemikus 1 kuni 5 mA, ehkki mõnes väga suure võimsusega variandis võib see olla kuni 10 mA.

Liini ja koormuse reguleerimine

Kõigi 78XX regulaatori IC-de liiniregulatsioon on väiksem kui 1%. See tähendab, et väljundpinge variatsioon võib olla väiksem kui 1%, olenemata sisendpinge kõikumisest maksimaalse ja minimaalse sisendpinge vahemikust.

Enamiku nende seadmete puhul on koormuse reguleerimine tavaliselt alla 1%. Need funktsioonid tagavad, et väljund tagab püsiva nimiväljundpinge, olenemata väljundi koormustingimustest.

Enamiku nende regulaatori IC-de pulsatsiooni tagasilükkamise funktsioon on 60 dB läheduses ja väljundmüra tase võib olla madalam kui 100 mikrovolti.

Võimsuse hajumine

Nende 78XX regulaatori IC-de kasutamisel peate meeles pidama, et need IC-d on ette nähtud ainult piiratud hulga energia hajutamiseks. Seega ei tohiks suurima väljundkoormuse korral lasta sisendpingel kunagi ületada paar volti suuremast maksimaalsest lubatud sisendpiirist.

Maksimaalne võimsuse hajumine normaalsel toatemperatuuril (25 kraadi Celsiuse järgi) madala, keskmise ja suure võimsusega seadmete 78XX puhul on vastavalt 0,7 vatti, 1 vatti ja 2 vatti.

Kui seadmed on paigaldatud oluliselt suurele jahutusradiaatorile, võib ülaltoodud piirangut oluliselt parandada vastavalt 1,7, 5 ja 15 vatti. Kõigis neis regulaatorites hajutatud võimsus on proportsionaalne sisend- ja väljundpinge erinevusega, korrutatuna väljundvooluga.

Kuidas rakendada Heatsinki 78XX IC-dele

Sellises olukorras, kui seade on täielikult koormatud umbes 800 mA juures, võib seadme hajumine olla kuni 4 vatti (0,8A x 5V = 4W).

See näib olevat kaks korda suurem kui maksimaalne lubatud 2 vatti PD seadme 7815 jaoks. See tähendab, et täiendavad 2 vatti tuleb kompenseerida jahutusradiaatori kaudu.

Turul on üldiselt saadaval lai valik jahutusradiaatoreid, mis on määratletud konkreetse kraadi / vattaga.

See hinnang näitab põhimõtteliselt temperatuuri tõusu, mis on põhjustatud igast jahutusradiaatori kaudu hajutatud võimsuse vattist. See näitab ka seda, et suurema jahutusradiaatori korral langevad kraadid vati kohta proportsionaalselt madalamale.

Madalaima jahutusradiaatori, mis on vajalik regulaatorile 78xx, saab määrata järgmiselt.

Peame välja selgitama atmosfääri nominaaltemperatuuri, kus seadet kasutatakse. Välja arvatud juhul, kui seadet kasutatakse tõenäoliselt aeg-ajalt soojas ümbruses, võib mõistlikuks eelduseks pidada umbes 30 Celsiuse kraadi.

Ohutu temperatuuri hinnang

Järgmisena võib olla oluline õppida konkreetse 78XX regulaatori IC maksimaalse ohutu temperatuuri hindamine. Monoliitsete 78XX regulaatorite puhul võib see vahemik olla 125 ° C. Seda öeldes on see tegelikult ristmiku temperatuur, mitte juhtumi temperatuur, millele IC talub.

Juhtumi absoluutne lubatud temperatuur on umbes 100 kraadi. Seetõttu on oluline mitte lasta seadme temperatuuril tõusta üle 70 Celsiuse kraadi (100–30 = 70).

Kuna 2-vatine võimsus võib põhjustada temperatuuri tõusu maksimaalselt 70 kraadi, on hea jahutusradiaator, mille hajumine on hinnanguliselt 35 Celsiuse kraadi / vatti (70 kraadi jagatud 2 vatti = 35 kraadi C vati kohta). piisav.

Praktiliselt tuleks kasutada suhteliselt suuremat jahutusradiaatorit, kuna enamikul juhtudel ei ole soojusülekanne kunagi eriti tõhus.

Pika püsivuse saavutamiseks tuleb tagada, et seade töötab ideaalselt maksimaalselt lubatud maksimaalse temperatuurivahemiku all.

Kui vähegi võimalik, tagage mõistlik varu +/- 20 kraadi või rohkemgi.

Kui regulaatori IC on suletud mahuti sisse ja kaetud vaba atmosfääri eest, võib anumasse sattunud õhk regulaatori hajumise tõttu soojeneda. See võib omakorda põhjustada muude PCB tundlike osade töötamise soojemates tingimustes. Selline olukord võib nõuda regulaatori IC suuremat radiaatorit.

Rakendusahelad

Allpool on näha tüüpilise pinge 78XX monoliitset pinge regulaatorit kasutava toiteallika tüüpiline rakendusahel.

Selles konstruktsioonis kasutatakse regulaatori IC-ks 7815 IC-d, mis annab meile umbes +15 volti umbes 800 mA voolu juures.

Kasutatava trafo sekundaarseks võimsuseks on 18 -0 - 18 V, voolutugevusega 1 amp.

See on ühendatud tõukejõuga täislaine alaldiga, mis tagab pärast C1 läbi filtreerimise koormamata pinge umbes 27 V Dc.

Kondensaatorid C2 ja C3 töötavad nagu sisendi ja väljundi lahutamiskondensaatorid, mis tuleks kinnitada IC-i korpusele suhteliselt lähemale. Kui väljundkoormus on täis, näete, et IC1-le rakendatud sisendpinge saavutab taseme 19 kuni 20 volti, võimaldades regulaatori sisendis / väljundis umbes 5 volti erinevust.

Kuidas teha topelt toiteallikat

Kuna fikseeritud pingega 78XX monoliitseid regulaatoreid saab osta nii negatiivsetes kui ka positiivsetes variantides, näivad need rakendamiseks ideaalsed topelt tasakaalustatud toiteallikad .

Kui näiteks süsteemi haldamiseks on vaja reguleeritud varustust op amp-põhine vooluahel 12-voldise positiivse ja negatiivse toiteallika korral 100 mA juures saab rakendada järgmisel joonisel näidatud kujundust.

Selles näites on T1 15-0-15-voldine trafo, mille nimivoolutugevus on 200 mA või rohkem. Leiate paar tõukejõuga täislaine alaldit D2 ja D3, mis annavad teile positiivse väljundi.

D1 ja D4 annavad negatiivse väljundi. Positiivne varu filtreeritakse C1 abil, negatiivne joon puhastatakse ja filtreeritakse C2 abil.

IC1 annab teile reguleeritud positiivse toiteväljundi, samas kui IC2 töötab nagu negatiivse toite regulaator. C3 kuni C6 on paigutatud nagu kondensaatorite lahutamisvõimalused, et suurendada väljundi efektiivsust, pidades silmas paremat reageerimist naelu, müra ja transientidele.

Suurem väljundpinge regulaatori seeria abil

Eespool näidatud konfiguratsiooni võiks kasutada ka kahe regulaatori kombineeritud pingeväärtuste saamiseks. See tähendab, et kui 79L12 asendatakse regulaatoriga 78L12, võimaldab väljund olla 24V.

Sellises konfiguratsioonis võidakse 0V joont ignoreerida ja + 24V väljundile pääseb otse üle väljundi positiivse ja negatiivse joone.

Suurem väljundpinge seeriadioodahelaga

Tegelikult on väga lihtne saada väljundis väikest pingetõmmet, kasutades IC-i maandustihvti ja maandusliini vahel mõnda alaldidioodi.

See lähenemine võimaldab kasutajal pääseda veidi kõrgemale pingetasemele, mida ei pruugi otseselt saada ühestki valmis regulaatorist.

Selle konfiguratsiooni juhtmestiku täpset tehnikat saab valgendada järgmisel pildil.

Selles näites oleme hinnanud, et vajalik väljundpinge on umbes 6 V, ja oleme selle rakendanud 5-voldise regulaatori IC kaudu, suurendades väljundit 1 voldi võrra.

Nagu näha, saavutatakse see 1 V tõus efektiivselt, ühendades lihtsalt paar seeria alaldidioodi regulaatori ühise juhtmega.

Alaldid on ühendatud juhtmetega, veendumaks, et need on regulaatori poolt kasutatava vaikevoolu kaudu ettepoole kallutatud ja mis liigub seadme ühise GND-klemmi kaudu.

Selle tulemusena käituvad kinnitatud dioodid mõnevõrra nagu madalpinge zener-dioodid, kusjuures iga diood langeb umbes 0,5 kuni 0,6 volti, võimaldades kombineeritud zeneri pinget umbes 1 kuni 1,2 volti.

Projekteerimise eesmärk on tõsta regulaatori ühist klemmi 1 voldi võrra üle maapinge. Siin stabiliseerib regulaator 7805 IC nimivõimsuse 5 V kõrgusel maapinnast, seega tõstes maandusklemmi umbes 1 V võrra, tõstetakse ka väljundit sama suurusega, põhjustades ka väljundi reguleerimise umbes 6 V tase. See protseduur töötab ülihästi kõigi kolme terminali 78XX pinge regulaatori IC-ga.

Dioodide kallutamise takisti

Mõnel juhul peate võib-olla kinnitama GND-le ja IC-i väljundnõelale välise takisti, et aidata dioodidele lisavoolu, nii et need suudaksid kavandatud tulemuste saavutamiseks optimaalselt toimida.

Kuna iga alaldi diood hõlbustab umbes 0,65 V langust edasi, võib selliste selliste dioodide järjestikuse arvutamise abil saavutada proportsionaalselt kõrgema suurendatud pinge kogu IC väljundis.

Kuid selleks peab sisendtase olema vähemalt 3 V võrra kõrgem kui lõplik hinnanguline väljundtase. Ränidioodid nagu 1N4148 töötavad rakenduse jaoks üsna kenasti.

Kui dioodid näivad tülikad, võib sama efekti saamiseks kasutada ka ühte ekvivalentset zener-dioodi, nagu on näidatud järgmises näites.

Seda öeldes veenduge, et oleks rakendatud protseduur seadme tegelikust nimiväärtusest kuni 3 V kõrgema tõusu saavutamiseks. Sellest tasemest kaugemale võib mõjutada väljundi stabiliseerumine.

Praegune võimsuse suurendamine

Seadme maksimaalsest nimiväärtusest kõrgema väljundvoolu saavutamiseks võiks rakendada veel üht suurt modifikatsiooni regulaatorile 78XX.

Üks meetod selleks on näidatud allpool.

Näidatud R1 ja R2 konfiguratsioonisuhe tagab, et iga R1, D1 ja regulaatorit läbiva milliamprise voolu kohta nihutatakse Tr1 ja R2 kaudu natuke üle 4 mA voolu.

Selle tulemusel, kui kogu 1 amprit kasutatakse IC1 kaudu, on meil Tr1 kaudu üle 4 amprise voolu. See olukord võimaldab vooluahelal anda optimaalse väljundvoolu, mis on veidi suurem kui 5 amprit.

Isegi ülekoormuse tingimustes on Tr1 ja IC1 kaudu toimuvate voolude suhe jätkuvalt mõnevõrra suurem kui 4: 1, seetõttu töötab IC praegune piirav omadus probleemideta.

Sellisel kujul olevad vooluringid on tänapäeval osutunud tarbetuks, kuna need on olemas suurema võimsusega regulaatorite seadmed nagu 78H05, 781-112 jne, mille maksimaalne voolutugevus on 5 amprit, ja võimaldavad kasutajal neid täpselt sama hõlpsalt konfigureerida kui madalama voolu analoogid.